CURSO DE P6S-GRADUA£AO EM ENGENHARIA CIVIL
CAMPUS II - CAMPINA GRANDE
OTIMIZAQAO DA OPERAQAO DE DECANTADORES SECUNDARIOS
LINDAUBERTO RODRIGUES COURA
LINDAUBERTO RODRIGUES COURA :
OTIMIZACAO DA OPER\CAO DE DECANTADORES SECUNDARIOS
Dissertacao apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Universidade Federal da Paraiba, em cumprimento as exigencias para a obtencao do grau de Mestre.
A R E A DE C O N C E N T R A C A O : RECURSOS H I D R I C O S
C A M P I N A GRANDE- PB -1995- : .
L I N D A U B E R T O R O D R I G U E S C O U R A
C O M I S S A O E X A M I N A D O R A
Prof.' rS C . V A N H A A N D E L -Ph.D
Orientador
Prof.a P A U L A FRASS1NETTI C . CATUNDA -MSc.
Orientadora P r o f .a- M O N I C A D E A M O R I N C O U R A -MSc. Examinadora Interna F R A N C I S C O FqrpTES L I M A MSc. Examinador Externo CAMPINA G R A N D E - P B 1995
A G R A D E C I M E N T O S
A Deus por todas as coisas boas que tern acontecido na minha vida.
Aos professores Adrianus van C. Haandel e Paula Frassinetti Cavalcanti Catunda
pela orientacao deste trabalho e pela amizade, dedicacao e compreensao que me ofereceram
em todos os momentos desta Jornada.
A meus pais pela compreensao e dedicacao.
A professora Monica de Amorin Coura pelo incentivo ao acrescimo dos meus
conhecimentos cientificos
A CAPES, e a CETREL por financiarem este trabalho.
A GETRAD (Gerencia de Tratamento e Disposicao de Efluentes Liquidos), COLAB
(Coordenacao do Laboratorio), COTEL (Coordenacao de Tratamento de Efluente Liquido) A toda equipe da Biblioteca pela fraternidade e carinho.
A Manoel Reis Neiva e Demostenes Miranda de Carvalho Filho pela colaboracao prestada durante a realizacao desta pesquisa.
A Joao Augusto S. Seixas e Laurindo Alves G. J. pelo companheirismo e amizade
Aos colegas da operacao e do Laboratorio pela carinho e amizade.
Ao meu e amigo Lindenor S. Missias pelo acolhimento e incentivo que me foi prestado.
A Adelita Barreto pela cooperacao, paciencia, amizade e entretenimento nos
Aos meus pais Raimundo e Lindaura. A meus irmaos Hercules, Bruno e Lonardo.
R
esumo
Realizou-se uma investigacao experimental visando a otimizacao do desempenho
de decantadores da CETREL. A investigacao englobou uma parte pratica, que resultou
em uma estrategia operational mais adequada e uma parte teorica que levou ao
desenvolvimento de um metodo grafico para avaliar se um decantador esta
sobrecarregado e, neste caso, quais sao as modificacoes necessarias dos valores de
variaveis operacionais para que se elimine a sobrecarga. Estabeleceu-se que alem da
sedimentabilidade, os valores da concentracao do licor misto, da taxa de escoamento
superficial do decantador e do fator de recirculacao de lodo sao fatores que influenciam
a carga hidraulica e a carga de solidos aplicaveis. Em adicao a estes parametros ha
limites fisicos que impoem valores minimos e maximos para as variaveis operacionais e
assim determinam a faixa de validade do metodo desenvolvido. Estes limites dependem
da forma e arranjos construtivos do decantador e precisam ser determinados em cada
An experimental investigation was carried out with the aim to optimize the final
settlers at CETREL. The investigation was comprised of a practical part that resulted in
a more adequate operational strategy and a theoretical part that led to the development of a graphical method to evaluate of a settler is overloaded and, i f so, how o f the
operational variables must be changed in order to eliminate the overload. It was
established that along with the sludge settleability, the values of the sludge concentration, the overflow rate and the sludge recirculation factor are parameters that influence the
applicable hydraulic and solids loading rates. In addition to these parameters there are
physical limits that impose maximum and minimum values for the operational variables and thus determine the validity range of the developed model. These limits depend on the
S U M A R I O Pag. C A P I T U L O 1 I N T R O D U Q A O 1 C A P I T U L O 2 APRE S E N T AC A O D A C E T R E L 4 2.1 Introducao 4 2.2 Estaeio Central de Tratamento de Efluentes 7
2.2.1 Unidade de Remocao de Volateis ( U R V ) 8
2.2.2 Bacia de Equalizacao (BEQ) 8 2.2.3 Tanques de Aeracao ( T A ' S ) 8 2.2.4 Decantadores Secundarios (DS' S) 9 2.2.5 Espessadores (ou Adensadores) de L o d o ( A D E ' S ) 9
2.2.6 Digestores Aerobios (DA^ S) 10
2.2.7 Fazenda de Lodo 10
C A P I T U L O 3
R E V I S A O B I B L I O G R A F I C A 12
3.1 Introducao 12 3.2 Tanque de Aeracao em Sistema de L o d o Ativado 14
3.3 Decantadores de Sistema de Lodo Ativado 15
3.3.1 Descrifao 15 3.3.2 Operacao 17 3.3.3 Tempo de Permanencia 17
3.3.4 Manutencao 20 3.4 Avaliacao da Eficiencia de um Decantador 21
3.5 Sedimentacao 22 3.5.1 Sedimentacao Discreta 22
3.5.2. Sedimentacao Floculenta 22 3.5.3 Sedimentacao em Zona 23
C A P I T U L O 4
MATERIALS E M E T O D O S 32 4.1 Introducao 32 4.2 O Sistema de L o d o Ativado da C E T R E L - A l a Nova. 34
4.2.1 Descrigao geral 35 4.2.2 Tanque de Aeracao TA-3 35
4.2.3 Caixa de Distribuicao de Vazao ( C D V ) 35
4.2.4 Decantadores (DS7/DS12) 36
4.2.5 Elevatoria ( E L A - 3 ) 37 4.3 Determinacao das Vazoes nos Decantadores 37
4.4 Distribuicao do Tempo de Permanencia 38 4.5 Determinacao da Posicao da Valvula Telescopica para Controle do
Fluxo de L o d o Decantado 40 4.6 Determinacao da Posicao do Lencol de Lodo 42
4.7 Unidade Experimental para Determinacao da Velocidade de
Sedimentacao em Zona (VSZ) 43
4.8 Procedimento Analitico 44 4.8.1 Determinacao do Indice Volumetrico de L o d o I V L . 44
4.8.2 Outras Determinac5es 45 4.8.3 Determinacao da Rodamina-B 45
4.9 Figuras 46
C A P I T U L O 5
AP RESENT A C A O E D I S C U S S A O DOS R E S U L T ADOS 54
5.1 Introducao 54 5.2 Determinacao de Vazoes nos Decantadores 55
5.2.1 Determinacao. da Relaeao entre a posicao da Valvula
Telescopica e a Vazao do Lodo de Retorno 57 5.3 Estimativa da Capacidade dos Decantadores Finais na C E T R E L . 59
5.3.1 Diagrama geral da capacidade dos decantadores 59 5.3.2 Determinacao da Sedimentabilidade de Lodo 62 5.3.3 Determinacao. da Distribuicao do Tempo de Permanencia
nos Decantadores 64 5.3.4 Diagrama Especifico da Capacidade de um Decantador 66
5.3.5 Verificacao Experimental 68 5.3.6 Limitacao Imposta do Diagrama pelas Condicoes
Operacionais de u m Decantador. 71 5.3.7 Procedimento Operational para Avaliar a
Condicao de um Decantador. 75 5.5 Avaliacao dos Resultados Obtidos 76
5.6 Tabelas 78 5.7 Figuras 90 C A P I T U L O 6 CONCLUSOES 109 C A P I T U L O 7 SUGESTOES 111 C A P I T U L O 8 REFERENCIAS BEBLIOGRAFICAS 112 A P E N D I C E 114
Introducao
O objetivo do tratamento na estacao operada pela C E T R E L e a remocao do material organico e os solidos em suspensao dos efluentes industriais ali processados. Para tanto, dispoe-se de um sistema que se compoe de duas partes: uma construida no periodo em que foi fundado o polo Petroquimico de Camacari (a Ala Velha) e uma extensao que foi completada em 1993 (Ala Nova). Nos primeiros anos de operacao da Ala Nova, a eficiencia de remocao dos solidos em suspensao ficou aquem da expectativa e as caracteristicas do efluente produzido nao correspondiam, em todos os aspectos, aos padroes especificados pelo CEP R A M (Conselho Estadual de Protecao do M e i o Ambiente). E m particular, a concentracao de solidos em suspensao tem se mantido acima do padrao: no periodo da investigacao, de 14 de dezembro a 18 de Janeiro de 1993, a concentracao de solidos em suspensao no efluente da Ala Nova era de 156 mg/L, enquanto o padrao especificava um maximo de 40 mg/L.
Decidiu-se investigar as raz5es do desempenho insatisfatorio da A l a Nova, concentrando-se nos decantadores finais, onde se realiza a separacao dos solidos em suspensao do efluente clarificado. Estabeleceu-se que, parte do problema, era devido as condicoes operacionais nos seis decantadores existentes na Ala Nova, as quais, eram muito diferentes, devido a falta de uma padronizacao operacional. Quando se instituiu um regime com condicoes operacionais iguais (e adequadas) para todos os decantadores,
INTRODUCAO 2
a concentracao de solidos em suspensao diminuiu sensivelmente, reduzindo de 156 para 53 mg/L, em media.
Para facilitar a operacao dos decantadores, desenvolveu-se um metodo grafico que permite identificar se um decantador esta sobrecarregado e, se o caso for, indicar quais as providencias possiveis para eliminar a sobrecarga. Estabeleceu-se que a carga hidraulica e a carga de solidos que podem ser aplicadas num decantador, dependem de determinados fatores que podem ser agrupados em duas classes: (a) a sedimentabilidade de lodo e (b) as variaveis operacionais do processo de decantacao sendo estas: a concentracao do licor misto, a taxa de escoamento superficial e o fator de recirculacao.
Baseando-se em consideraeoes teoricas sobre a sedimentabilidade de lodo, desenvolveu-se o diagrama da capacidade do decantador que permite avaliar, para uma determinada sedimentabilidade de lodo, os valores necessarios das variaveis operacionais para que o decantador possa funcionar apropriadamente. Para facilitar o uso do metodo grafico, procurou-se correlacionar a sedimentabilidade com o indice volumetrico de lodo ( I V L ) e elaborou-se diagramas da capacidade do decantador para diferentes valores do I V L .
O metodo apresentado se baseia em conceitos teoricos e nao leva em consideracao limites fisicos que determinem a faixa operacional do decantador. Ha um limite superior de carga hidraulica (taxa de escoamento superficial), imposto pela necessidade de se ter um ambiente tranqtiilo para sedimentacao. Por outro lado, ha um tempo de retencao maximo de solidos no decantador, que repercute em valores minimos da taxa de escoamento superficial e no fator de lodo de retorno. Os valores limites das
variaveis operacionais dependem da qualidade construtiva do decantador e devem determinados experimentalmente.
C A P I T U L O 2
A P R E S E N T A Q A O DA C E T R E L
2.1 Introdugao
O complexo Petroquimico de Camacari esta situado numa area proxima ao litoral norte da Bahia a 50 k m de Salvador e e o maior complexo industrial da America Latina. Mais de 60 industrias nacionais e internacionais produzem plastico , resinas, fertilizantes e outros produtos da petroquimica, que sao comercializados no Brasil e exportados para paises da America, Europa, Asia e Africa. Para minimizar o impacto ambiental, decorrente dos diferentes residuos advindos da operacao do Polo Petroquimico de Camacari, coube a CETREL S.A.- Empresa de Protecao Ambiental, atraves de suas coordenacoes setoriais , atuar no monitoramento e tratamento dos residuos produzidos pelas industrias.
A Figura 2.1 mostra o esquema dos residuos provenientes do Polo Petroquimico de Camacari, e os pontos de atuacao da CETREL, destacando-se:
•Sistema de Monitoramento do A r ( 1 - S.M.A. ) : o Sistema de Monitoramento do A r se destina a monitorar a qualidade do ar na area sob influeneia do Polo Petroquimico de Camacari;
•Incinerador de Residuos Liquidos (2- I.R.L.): a unidade de incineracao e responsavel pela queima dos residuos liquidos perigosos (9- RLP). Esses residuos liquidos perigosos
sao encaminhados para o sistema de incineracao cuja eficiencia e de 99,9999 % ,tendo capacidade para tratar 10.000 toneladas por ano;
•Sistema de Valos de Tratamento e Disposicao (3- V . T . D ) : nesta unidade os residuos solidos perigosos (10- RSP) sao conduzidos para aterros, denominados de valos de tratamento e disposicao, os quais tern uma capacidade para disposicao final de 60.000 toneladas por ano. O chorume produzido e encaminhado para a Estacao Central de Tratamento de Efluentes (ECTE).
N a propria industria ocorre a separacao dos residuos liquidos organicos e morganicos os quais sao coletados por diferentes sistemas. Os residuos liquidos organicos sao coletados pelo sistema organico (8-SO) e encaminhado para a ECTE, enquanto que os residuos liquidos inorganicos sao conduzidos pelo sistema inorganico (7-SN) e encaminhado para o sistema de reuniao de efluente (6-SRE);
•Estacao Central de Tratamento de Efluentes (4-ECTE.): nesta unidade ocorre o tratamento dos efluentes industrials de natureza organica. Os efluentes sao conduzidos para a E C T E , onde recebem tratamento fisico (dessoreao de volateis ) e biologico (sistema de lodo ativado). Apos o tratamento sao enviados para o sistema de disposicao oceanica.
•Sistema de Disposicao Oceanica (5-S.D.O.): o sistema de disposicao oceanica foi construido com a fmalidade de receber o efluente da Estacao Central de Tratamento de Efluente. O sistema de disposicao oceanica conduz, atraves de um emissario submarino, o efluente tratado para uma zona situada a 5 km da costa e a uma profundidade de 25 m, garantindo uma perfeita difusao do efluente final no mar;
APRESENTACAO DA CETREL 6
1
S.M.0
INDUSTRIAS DO POLO PETROQUIMICO
3 V.T.D
CnorumB
l=Sistema de Mositofaaieaio do A f ; 2- Incinerador de Residuos Liquidos; 3- Valos de Tratamento e Disposicao;
4- Estaeao Central de tratamento de Efluentes Liquidos; 5- Sistema de Disposicao Oceanica;
6- Sistema de Reuniao dos Efluentes; 7- Sistema Inorganico:
8- Sistema Qrganico;
9- Residuos Liquidos Perigosos; 10- Residuos Solidos Perigosos;
5 S.DO 8 S.R.E S.0 8 enu*Rt»Trftt»dft 4 EC.T.E FaxsnGas ds Lodo
Figura 2.1 - Esquema dos residuos produzidos no Polo Petroquimico e os pontos onde a C E T R E L atua.
2.2 Estagao Central de Tratamento de Efluentes
O objetivo da Estacao Central de Tratamento de Efluentes - E C T E , e remover as substantias organicas e solidas em suspensao presentes nos efluentes liquidos, gerados pelas industrias do Polo Petroquimico de Camacari. A E C T E tern capacidade de receber uma vazao media diaria de 144.000 m^ com carga diaria de 120 ton. de D B O , 360 ton. de D Q O e 54 ton. de solidos em suspensao. O efluente final e encaminhado para o oceano. A qualidade do efluente a ser lancado no oceano tern que estar dentro dos parametros limites estabelecidos pela resolucao C E P R A M (Conselho Estadual de Protecao ao Meio Ambiente) numero 619 de 12-07-92. Os padroes para disposicao oceanica exigidos pelo C E P R A M sao : < 40° de Temperatura, p H na faixa de 6,5 a 8,5 , Demanda Quimiea de Oxigenio < 500 mg/L , Demanda Bioquimica de Oxigenio < 50 mg/L , e Solidos em Suspensao < 40 mg/L. As principals unidades da E C T E estao representadas na Figura 2.2, onde estao delimitadas em zonas, designadas de diagramas. Sao as seguintes as unidades presentes em cada diagrama:
-diagrama I - unidade de remocao de volateis (1) e bacia de equalizacao (2); -diagrama I I - tanques de aeracao (3 A e 3B);
-diagrama I I I - decantadores secundarios (4) e estacao elevatoria de lodo ativado (5); -diagrama I V - tanques de aeracao (11A e 1 I B ) e decantadores secundarios (9); -diagrama V - espessadores de lodo (7 e l 2 ) e digestores aerobicos (13);
-diagrama V I - fazendas de lodo (15); -diagrama V I I - fazendas de lodo (6);
APRESENTACAO DA CETREL 8
Observa-se que as lagoas de lodo (14) estao entre os diagramas ( V e V I ) .
2.2.1 Unidade de Remocao de Volateis (URV)
Os efluentes organicos entrain na Estacao Central de Tratamento de Efluente pela Unidade de Remocao de Volateis, a qual tern um volume util de 1.660 metros cubicos (Figura 2.2 diagrama 1(1)). N a U R V ocorre a reducao (70% a 80%) do teor de compostos organicos volateis e semi-volateis. A remocao desses compostos se da por dessorcao, promovida pelo ar borbulhado de 8 aeradores com capacidade de 44 kW cada. Os compostos volateis, ali removidos, sao lancados na atmosfera, atraves de uma diamine de 30 metros de altura, mediante um sistema de exaustao. A escuma produzida pela aeracao e distribuida num sistema de Bicos-Spray, sendo a fase liquida conduzida para uma elevatoria de onde e recalcado para o tanque de aeracao, afim de ser tratado.
2.2.2 Bacia de Equalizagao (BEQ)
A Bacia de Equalizacao (BEQ), com 58.000 m~> de capacidade, recebe os efluentes da unidade de remocao de volateis. A BEQ (Figura 2.2, diagrama 1(2) ), tern como objetivo promover a homogeneizacao dos diferentes tipos de despejos afluentes e amortizar oscilacoes na sua composicao atraves de nove misturadores.
Os Tanques de Aeracao em numero de quatro (Figura 2.2 diagramas 11(3 A ,3B)) e I V ( 1 1 A , 1 1 B ) constituem as principals unidades do processo biologico de tratamento, com uma capacidade volumetrica total de 178.700 mJ' A potencia total
instalada e de 9.250 HP, originando um ambiente oxidativo suficiente para estabilizacao de 120 toneladas de D B O diariamente. Cada tanque tern um tempo medio de retencao hidraulico de 30 horas e uma idade de lodo de 18 dias.
2.2.4 Decantadores Secundarios (DS'S)
Dos tanques de aeracao (Figura 2.2 diagrama I I (3A,3B) e ( 1 1 A e l I B ) ) , o licor misto ( mistura de liquido e lodo) e encaminhado para os decantadores secundarios (Diagramas I I I (4) e I V (9). A ECTE e provida de doze decantadores secundarios (clarificadores), com 4.5 m de profundidade, dos quais cinco com diametro de 33m e sete com diametro de 38m .Os clarificadores promovem a separacao da biomassa (fase solida) e do efluente tratado (fase liquida). Parte do lodo decantado no fundo do clarificador e recirculado para os T A ' S e o restante e descartado como lodo de excesso para os espessadores de lodo (Figura 2.2 diagrama V ( 7 e 12)).
2.2.5 Espessadores (ou Adensadores ) de Lodo (ADE'S)
A E C T E disp5e de cinco espessadores, sendo dois (Figura 2.2 diagrama V(12)) com 14m de diametro e os tres restantes (Figura 2,2 diagrama V ( 7 ) ) com 27m de diametro, todos com carregamento diario de 20 k g / m5 de lodo. Destinam-se. a promover
APRESENTACAO DA CETREL 10
lodo adensado nos espessadores e estabilizado em digestores aerobios. 0 sobrenadante vertido na parte superior dos espessadores, e recirculado para os tanques de aeracao.
2.2.6 Digestores Aerobios (DA*S)
A E C T E disp5e de tres digestores aerobios (Figura 2.2 diagrama V(14)), sendo dois com volume de 2.690 metros cubicos, cada um dotado de quatro aeradores fixos de 60 CV. O terceiro digestor aerobio e provido de dez aeradores fixos de 100 C V com uma capacidade volumetrica de 10.880 metros cubicos
2.2.7 Fazenda de Lodo
A disposicao final do lodo digerido pelos digestores e feita nas fazendas de lodo ( Figura 2.2 diagramas V I ( 1 5 ) e V I I ( 6 ) ) onde , em contato com o solo , o lodo ganha mais estabilidade devido a aeao dos microrganismos do proprio solo.
As aguas percoladas nas fazendas de lodo sao coletadas, atraves de um sistema de drenagem contido sob a camada de solo e, posteriormente, sao retornadas aos tanques de aeracao.
C A P I T U L O 3
R E V I S A O B I B L I O G R A F I C A
3.1 Introdugao
Sistemas de lodo ativado sao constituidos de reatores biologicos aerados, seguidos de decantadores. Nos reatores biologicos, denominados de tanques de aeracao, a massa de microrganismos e mantida em suspensao atraves da agitacao provocada por aeradores. Assim, ha um contato intimo do lodo com o material organico na agua residuaria afluente. Atraves da separacao solido-liquido que ocorre nos decantadores, obtem-se o efluente clarificado. Esses decantadores operam em regime continuo, descarregando o efluente, livre de solidos, para o corpo receptor. Parte dos solidos decantados sao recalcados para o reator biologico e a outra parte e descartada como lodo de excesso. Os decantadores de lodo ativado sao denominados de decantadores secundarios ou decantadores finals. Esta denominacao e dada para distingui-los de decantadores primarios aplicados para decantacao do afluente bruto.
A Figura 3.1 e uma representacao esquematica de um sistema de lodo ativado. Nesse sistema, a agua residuaria de vazao "Qa", que entra no tanque de aeracao, e
misturada com o licor misto ocorrendo a adsorsao e o metabolismo, pela massa de lodo ativado, da materia organica e dos solidos do afluente. O metabolismo se compoe de dois processos: (1) catabolismo, que e a oxidacao do material organico com liberacao de energia e (2) anabolismo, que e a sintese de materia celular a partir da materia organica.
(s+1)Qa Afluente Qa Reator biologico AERADOR Vr.Xt Efluente clarificado Qr = sQa Qa = VAZAO AFLUENTE Vr = VOLUME DO TANQUE
Xt = CONCENTRACAO DE SOLIDOS EM SUSPENSAO Qr = VAZAO DE RECIRCULACAO
Figura 3 . 1 - Representacao esquematica de um sistema de lodo ativado com u m decantador secundario
REVISAO BIBLIOGRAFICA 14
Os processos de oxidacao e sintese que ocorrem no tanque de aeracao sao responsaveis pela degradacao da materia organica e crescimento do lodo ativo. N o tanque de aeracao, a massa de lodo presente e dada pelo produto Vr x Xt, onde Vr e o
volume do reator biologico, no caso, o tanque de aeracao ( T A ) e Xt e a concentracao de
solidos totais. Continuamente uma vazao (s + l ) Qa do licor misto e descarregada no
decantador secundario. O lodo decantado e recirculado para o T A numa vazao sQ3=Qr,
sendo Qa a vazao do efluente clarificado.
3.2 Tanque de Aeracao em Sistema de Lodo
Ativado
Os tanques de aeracao em sistemas de lodo ativado se destinam a fornecer o oxigenio necessario a atividade biologica e manter a mistura do afluente com o lodo em suspensao, promovendo os processos biologicos aerobios destinados a remocao dos compostos organicos das aguas residuarias.
Nos tanques de aeracao, a alimentacao de ar deve ser suficiente para garantir em qualquer ponto do tanque um teor de oxigenio dissolvido entre 1 e 2 mg/L (Van Haandel
1992). Teores mais elevados de oxigenio sao inuteis e acarretam despesas desnecessarias.
3.3 Decantadores de Sistema de Lodo Ativado
3.3.1 Descrigao
A forma geometrica mais utilizada de decantadores em sistemas de lodo ativado e a circular, embora existam decantadores com forma retangular. Segundo Metcalf & Eddy (1991) a profundidade de decantadores cilindricos normalmente varia de 3 a 5 metros, o diametro de 3.6 a 60 metros, e declividade do fundo de 2 a 82-. Eckenfelder (1992), refere-se a decantadores mais profundos de 5 a 7 metros.
N o esquema do decantador circular representado na Figura 3.2 , distinguem-se os seguintes dispositivos:
o
EFLUENTE CLARlFiCADO
SAIDA DE LODO
ALIMENTACAO COM AFLUENTE
Figura 3.2- Esquema simplificado de um decantador circular, com alimentacao central e fluxo radial
REVISAO BIBLIOGRAFICA 16
a) tubo central de alimentacao: o licor misto afluente entra no decantador
atraves de um tubo central, sendo, na superficie, distribuido uniformemente em todas as direcoes;
W dispositivo de saida do efluente: a saida do efluente clarificado final se da
atraves de uma soleira circular periferica, dotada de pequenos vertedouros triangulares. Segundo Pessoa e Jordao (1982), devera ser mantida uma vazao media, por metro linear de vertedouro inferior, de 10 litros por segundo. N a pratica, adotam-se valores compreendidos entre 3 e 10 litros por segundo e por metro linear do vertedor (Pessoa e Jordao (1982);
ct coletores de escuma e oleo: os coletores de escuma e oleo sao constituidos de
raspadores, em numero de dois, acoplados a ponte metalica, que operam paralelamente, ao nivel da agua. Os raspadores e equipados com laminas submersas no liquido. Essas laminas conduzem a escuma e o oleo, ate uma calha que da acesso a uma caixa de retencao. Nessa manobra, deve-se evitar que a escuma e/ou oleo saiam com o efluente clarificado. Desse modo, costuma-se instalar anteparos, antes e ao logo dos vertedouros, com a finalidade de rete-los na superficie do liquido, para que nao saiam juntos com o efluente clarificado. A descarga do liquido clarificado se da passando por baixo do anteparo;
dt saida de lodo decantado: o lodo depositado no fundo do decantador e
raspado e conduzido para o poco de acumulacao no centro do decantador, de onde e removido por bobeamento ou descarga hidraulica.
3.3.2 Operacao
E m decantadores circulares, o licor misto e distribuido de forma radial e uniforme no centro e na superficie. O efluente clarificado, verte pelas bordas do decantador atraves de vertedores triangulares. O lodo decantado e arrastado para o poco de acumulacao atraves de raspadores mecanicos. Alguns decantadores tern inclinacao suficiente para permitir o encaminhamento natural do lodo, para o poco de acumulacao. A utilizacao de raspadores mecanicos, torna possivel a adocao de menores inclinacoes no fundo do decantador Pessoa e Jordao (1982).
Deve-se manter a vazao afluente com o minimo de variacao possivel, a fim de garantir uma chegada e distribuicao tranqiiila do licor misto no decantador. Para se evitar as variacdes de vazoes, a vazao de bombeamento devera ser a mais constante possivel. Os vertedores e as caixas de distribuicao de vazao, deverao ser mantidos limpos e nivelados, de acordo com o nivel correspondente as vazSes afluentes.
3.3.3 Tempo de Permanencia
Idealmente, em decantadores, deveria haver um regime de escoamento tipo fluxo pistao ou tubular. Teoricamente esse escoamento se caracteriza pelo fato de nao haver nenhuma mistura no reator ( no caso no decantador). Nesse caso, o tempo de permanencia hidraulico e bem definido e e dado pela razao entre o volume do decantador e a vazao do licor misto que e aplica..
Em plantas de tratamento de aguas residuarias, a eflciencia do decantador e freqiientemente prejudicada por fatores como curto-circuitos e zonas mortas. N o caso, de curto-circuitos, uma corrente de afluente sai do tanque muito rapida, nao havendo
REVISAO BIBLIOGRAFICA 18
tempo de participar do processo.' A zona morta e um zona no decantador que nao participa do processo de mistura. Esses fatores, por menores que sejam, provocam u m decrescimo na eficiencia do decantador.
N a pratica, o tempo de permanencia no decantador nao corresponde ao tempo ideal dado pela razao entre o volume e a vazao de entrada. O "tempo de permanencia real", corresponde ao tempo medio de percurso do liquido entre a entrada e a saida. A determinacao do tempo de permanencia no decantador, e feita, utilizando-se tracadores. O emprego de corantes ou de radionuclideos como tracadores e muito comum para determinar o tempo de permanencia em tanques.
Horan (1990), classifica um tracador ideal aquele que tenha as seguintes caracteristicas :
- facil deteccao em concentracoes baixas; - nao ser biodegradavel dentro do reator; - nao reagir com o liquido dentro do reator; - nao ser toxico e ser de facil manuseio.
Nenhum tracador satisfaz a todas essas caracteristicas. N a Tabela 3.1 estao descritos alguns tracadores mais populares, segundo Horan (1990).
Tabela 3.1- Caracteristicas dos tracadores mais populares Tracador Concentracao limite de deteccao Custo Modelo de deteccao Vida-media no meio ambiente
Rodamina O.Olpg/L Moderado Simples A l t o Azul de Bromofertol 20|ig/L Alto Simples A l t o
82 B r + - Alto Complexo 36 h
Bacillus globigii 10 sporos/L Moderado Simples 9-15 meses
Serratia marcescens 100 particulas/L Baixo Simples 6h-200h Azeredo et. alii (1985), estudaram o desempenho de tracadores fluorescentes e radioativos, para caracterizar a hidrodinamica do decantador de uma estacao de tratamento de efluente domestico. A tecnica empregada para analise da mistura do tracador no decantador foi a de estimulo-resposta. Essa tecnica consiste na adicao de uma batelada de tracador na corrente de entrada e da analise de sua concentracao na corrente de saida do decantador,
Os tracadores testados no estudo acima referido foram Amido Rodamina G-extra, Fluoresceina sodica (uramina), Eosina, Rodamina-B, Bromo-82. O Bromo-82 e um radioisotopo de formula quimica K B r com tempo de media vida de 36 horas. As faixas de comprimento de onda para leitura espectrofotometrica dos tra?adores testados estao listadas na Tabela 3.2.
Tabela 3.2- Faixa de comprimento de onda para leitura espectrofotometrica por Azeredo et alii (1985)
Tracador Comprimento de onda
Amido Rodamina G-extra 530-550 Fluoresceina Sodica (Uramina) 490-520
Eosina 517-530
REVISAO BIBL.IOGRAFICA 20
N o trabalho de Azeredo et alii (1985) concluiram que, nas condicoes prevalecentes dos quatro tracadores fluorescente empregados, os mais adequados foram o Amido Rodamina G-Extra e a Eosina, A Rodamina-B, Uramina e o tracador Radioativo Bromo-82 nao se mostraram adequados tanto quanto os outros.
3.3.4 Manutengao
Nos decantadores a manutengao deve ser realizada para caracterizar, identificar e consertar problemas como falhas e defeitos de equipamentos e instalacoes permitindo, com isto, melhores condicoes de trabalho da unidade e do pessoal de operacao, Apresenta-se a seguir algumas pratieas de manutencao de rotina e manobras realizadas no sistema de decantacao da C E T R E L :
a) verificacao da vazao afluente. E m sistemas compostos de mais de um decantador, a vazao deve ser distribuida de acordo com a capacidade de cada decantador para que nao haja sobrecarga ou subcarga de um individualmente;
M verificacao do nivel de saida do decantador. Freqiientemente deve ser feita a retirada de objetos nao desejados dos vertedores, evitando, assim, a sua obstrucao e, conseqiientemente, a formacao de curto-circuito devido a descargas desuniformes;
cMimpeza, A limpeza e feita para remocao de material retido (lodo, oleo, etc.) indevidamente nos pocos de acumulacao ou nas caixas de passagem;
d inspegao ou vistoria ras partes submersas (interior do decantador), pelo menos uma vez por ano com o intuito de observar se ha vazamentos ou rachaduras nas paredes e fundo do decantador.
3.4 Avaliacao da Eficiencia de um Decantador
A eficiencia de um decantador e determinado pela sua capacidade de renover de solidos suspensos e coloidais (turbidez). Os solidos suspensos e solidos sedimentaveis sao, portanto, os parametros principais para a determinacao da eficiencia de um decantador secundario. Sistemas de lodo ativado quando bem operados, geralmente apresentam, no efluente teor de solidos suspensos menor que 40 m g / L e de solidos sedimentaveis maior que 1 m L / L van Haandel, (1992). A determinagao da turbidez e feita devido a sua simplicidade e por fornecer respostas rapidas. Algumas estagoes de tratamento usam o sistema on-line de turbidez, que tern a capacidade de fornecer dados de turbidez quase que instantaneamente.
Outros parametros como D B O ( Demanda Bioquimica de Oxigenio ) e D Q O (Demanda Quimica de Oxigenio ) determinant a eficiencia do sistema (reator biologico e decantador) como um todo. Alem desses parametros de avaliagao da eficiencia, a determinagao do p H efluente do decantador podera indicar zonas de degradagao anaerobia do lodo no decantador ( M O P / 1 1 , 1976). A medigao desse parametro deve ser efetuada diariamente, por ser uma analise simples e de extrema importancia.
REVISAO BIBLIOGRAFICA 22
3.5 Sedimentacao
Sedimentacao e a separagao de particulas solidas mais densas que a agua, mediante a agao da gravidade. A sedimentacao e aplicada para a remocao de solidos, como flocos biologicos formados em sistema de lodo ativado ou flocos quimicos produzidos pela adicao de substantias coagulantes em aguas. Segundo a concentragao de particulas e a tendencia delas de flocularem, a sedimentagao pode ser discreta, floculenta ou zonal.
3.5.1 Sedimentagao Discreta
N a sedimentagao discreta (sedimentagao livre), as particulas solidas em suspensao, depositam-se individualmente nao havendo interagao significativa com as particulas proximas. U m exemplo tipico e a sedimentagao de particulas de areia.
3.5.2.Sedimentagao Floculenta
As particulas em suspensao se agregam durante a sedimentagao, formando flocos, que sedimentam mais rapidamente. A quantidade de flocos produzida depende das oportunidades de contato que existam entre as particulas, as quais podem variar de acordo com a carga de superficie, a profundidade do tanque no sistema, a concentragao das particulas e velocidade de sedimentagao diferenciada.
3.5.3 Sedimentagao em Zona
Essa sedimentagao e eonhecida como zonal, devido a formacao de uma zona de particulas interligadas que sedimentam em conjunto. Para que este tipo de zona possa se formar e necessario que exista uma concentragao suficiente de particulas. Segundo Van Haandel (1992), a faixa de concentragao minima de solidos suspensos, em licor misto de sistema de lodo ativado, para haver sedimentagao em zona, esta em torno de 0,5 a 1 g/L. Abaixo dessas concentragoes, os flocos estao dispersos e tendem a sedimentar individualmente. Normalmente no sistema de lodo ativado a concentragao de solidos suspenso esta na faixa de 2 a 5 g/L, bem superior ao limite para haver sedimentagao em zona.
3.6 Determinagao da Velocidade e Sedimentagao
em Zona, VSZ.
Segundo Catunda et alii (1986.a) White, desenvolveu um teste para a determinagao da velocidade de sedimentagao em zona a partir de um decantador de batelada. O teste consiste em se deixar uma batelada de lodo em repouso e medir a velocidade de descida da interface solido-liquido. A Figura 3.3 apresenta um esquema de um sistema que permite, simultaneamente, determinar a VSZ de suspensoes com diferentes concentrag5es. O sistema consiste de cilindros transparente, nos quais se colocam bateladas de lodo ativado. U m motor de baixa rotagao gira um eixo dotado de palheta que pro move, ao lodo de cada cilindro, uma suave agitagao. A Figura 3.4 ilustra um teste para determinagao da V S Z em uma batelada de lodo. Durante a sedimentagao dos solidos em suspensao, observa-se o seguinte comportamento:
REVISAO BIBLIOGRAFICA 24
aJ pouco tempo (alguns minutos) apos o lodo ser colocado, surge uma interface bem defmida, separando a fase liquida, sem solidos em suspensao - o sobrenadante - do lodo em sedimentagao;
bl na regiao abaixo da interface, as particulas sedimentam com uma velocidade uniforme e constante, de modo que a interface se desloca descensionalmente com essa mesma velocidade;
cl simultaneamente, no fundo do decantador se acumula o lodo sedimentado com uma concentragao elevada;
dl num determinado momento, a interface atinge o lodo concentrado no fundo (zona de compressao). Quando a interface se aproxima do lodo concentrado, a velocidade de deslocamento da interface comega a diminuir gradualmente.
Ainda na Figura 3.4, observa-se uma curva tipica do deslocamento da interface liquido-solido. A velocidade de sedimentagao em zona, VSZ, e defmida como a parte linear (ou linearizada) da curva.
Segundo Catunda et alii (1986.a) Vesilind e D i c k desenvolveram expressoes diferentes, relacionando a V S Z com a concentragao de lodo ativado:
Equagao de Vesilind
v = vo E X P (- k Xt ) (3.1)
Equagao de Dick
1000
Motor para agitacao mecanica
V V 4 v „ i >i : \ "» ; ** : * ' \ "h~ ' H < „*i 1 H ! ' s < H -s i - t , ' «. ' h \ ' h ! s • H h ' H ; ' h : H 1 h ! 1 1 H >i ! *i < h •i ; H : "> : • h J • H •i I ^ > «t *t *. ^ >i > k H ' "i 1 h ** : H » -i i 'i - Wit '-<"! U i , ! H ; N 1 <i ; >s i s 1 H 50 Eixo central posicao 21 superior mangueira flexfvel posicao 21 inferior
Figura 3.3 - Esquema de um equipamento para determinar os valores do I V L A, I V L D e V S Z para diferentes concentracoes, V a n Haandel (1992).
t=o t=t1 t=t2 t=o t=t1 t=t2 Tempo
Figura 3.4 - Equipamento de White para determinar a V S Z e uma curva tipica de interface sobrenadante-lodo Van Haandel (1992).
REVISAO B I B L I O G R A F I C A 26
onde:
V e velocidade de sedimentacao em zona, Xt e concentragao de solidos em
suspensao, vo, V ' o sao as constantes de Vesilind e Dick respectivamente e k e K sao as constantes de sedimentabilidade,
Segundo Catunda et alii (1989.a), Smollen e Ekama (1984) demostraram que a equagao de Vesilind e mais adequada do que a de Dick. Por essa razao, na presente monografia, utiliza-se a equagao de Vesilind para descrever o processo de sedimentagao em zona. Para obter os valores das constantes de sedimentagao, k e vD ,segundo a
equagoes de Vesilind, segue-se o seguinte procedimento:
a) obter dados experimentais da V S Z para diferentes concentragoes de solidos suspensos totais (SST);
bl plotar os valores de V S Z versos Xt, com Xt (SST) num diagrama semi-log
conforme a equagao de Vesilind;
cl tragar a melhor reta entre os pontos obtidos. A declividade da reta sera igual a k e o coeficiente linear e igual a logvo
A Figura 5.7 (a e b) mostram um exemplo da determinagao grafica das constantes de Vesilind.
A partir dos valores das constantes de sedimentagao, pode-se classificar o tipo de sedimentagao como sendo b o a , media ou ruim. Assim, quanto maior for o valor de vo e menor for o valor k , melhores sao as caracteristicas de sedimentagao do lodo. N o caso de sistema de lodo ativado segundo Van Haandel (1992), classifica-se como exemplo de
sedimentagao boa k < 0,31 L /g e vo > 11 rn/h e sedimentagao media k = 0,36 a 0,46 L / g e vo = 9,5 a 6 m/h e para sedimentagao ruim k > 0,46 L / g e vo < 6 m/h.
O teste da VSZ nao e adequado para o uso rotineiro nas estagoes de tratamento, pois, alem de complicado, demanda bastante tempo. Por esta razao, varies pesquisadores tern se dedicado em desenvolver outros parametros, para quantificar a sedimentabilidade de lodo (Catunda et. alii (1989.a)).
O teste do indice volumetrico de lodo ( I V L ) e o mais antigo teste para determinar a sedimentabilidade . Nesse teste, determina-se o volume dos solidos decantados, apos um periodo de sedimentagao de 30 minutos, em uma proveta graduada ou em um cone Imhoff. Tendo-se determlnado a concentragao inicial do lodo, caleula-se o I V L , dividindo-se o volume do lodo em m L / L pela sua concentragao em mg/L, tendo-se, assim, o volume ocupado por 1 grama de lodo. O principal defeito desse teste e que seu valor depende, acentuadamente, da concentragao dos solidos em suspensao.
Segundo Catunda et. alii (1989.a) o teste do indice volumetrico de lodo diluido ( I V L D ) , foi desenvolvido por Stobbe, na tentativa de eliminar a influencia da concentragao dos solidos em suspensao. Esse teste tern como base, a observagao experimental de que, quando o volume dos solidos suspensos no teste do I V L e menor que 250 m L , no fim do teste o resultado independe praticamente da concentragao inicial. Stobbe sugeriu diluir o lodo, de tal modo que, o volume da suspensao diluida no teste do I V L , desse um valor menor de 200 mL.
Segundo Catunda et alii (1986.a) por ultimo, tem-se o teste do indice volumetrico de lodo agitado ( I V L A ) , desenvolvido por White. O I V A L e defmido como o volume de lodo decantado por unidade de massa de solidos suspensos. O teste e feito
REVISAO B I B L I O G R A F I C A 28
numa proveta de 1 litro, onde o lodo sob suave agitagao, e deixado decantar por 30 minutos. White, mostra que a agitacao reduz consideravelmente a influencia da concentragao inicial sobre o valor do I V L .
3.7 Sedimentagao de Lodo em um Decantador
Continuo
Os decantadores secundarios de sistemas de lodo ativado funcionam sob regime continuo, recebendo uma vazao de licor misto, retornando parte dessa vazao como lodo de retorno e descarregando o efluente clarificado. Para modelar a sedimentagao em um decantador continuo, V a n Haandel (1992), usou as seguintes suposigoes:
ai no decantador, a vazao de entrada e a soma da vazao afluente Qa, mais a vazao
de lodo de retorno Qr. Assim, a massa de solidos que entra e sai por unidade de tempo, e
dada respectivamente, por:
( Qa + Qr) . Xt e,
Q r X
onde Xt e a concentragao de solidos no licor misto e Xr e a concentragao de
solidos no lodo de retorno.
Supoe-se que a massa de solidos que entra seja igual a massa que sai, ou seja, nao ha acumulo de solidos no decantador. Portanto tem-se:
( Qa + Qr ).Xt = Qr.Xr (3.3)
Xr = Xt( s + l ) / s (3.4)
onde, "s "e fator de recirculagao, ou seja, e a razao entre a vazao de lodo de retorno e a vazao do afluente;
bl o decantador e de fluxo vertical. A vazao de entrada ( Qa+ Qr) e distribuida
uniformemente numa determinada altura do decantador, onde se forma uma interface entre uma parte superior livre de solidos em suspensao (o sobrenadante) e uma parte inferior com o lodo sedimentado. N a parte superior, acima do nivel da alimentacao, a velocidade ascensional do liquido e igual a taxa de escoamento superficial:
onde, Ts e taxa de escoamento superficial e A e area transversal do decantador.
Na parte inferior, ha uma velocidade descensional da fase liquida ' u " devido a abstracao do lodo de retomo no fundo do decantador:
cD a velocidade de sedimentacao do lodo isto e, a velocidade descensional dos solidos em suspensao, em relacao a fase liquida, e dada pela equagao de Vesilind:
dl dentro do decantador, a velocidade de deslocamento de solidos, e dada pela velocidade de sedimentagao "v" e a velocidade descensional do liquido "u". Defme-se agora, o fluxo de solidos como a massa de lodo que passa pelo decantador por unidade de tempo e por unidade de area :
Ts = Qa/ A (3.5)
u = Qr/ A = s Qa/ A (3.6)
v = v0E X P ( k . Xt)
REVISAO BIBLIOGRAFICA 30
F = Fv+Fu (3.8)
F = X . (v0. E X P (- k . X ) + sQa/A) (3.9)
onde:
F e fluxo de solidos que passa num determinado nivel do decantador; X e concentragao dos solidos em suspensao naquele nivel;
Fv e fluxo de solidos devido a sedimentagao;
Fu e fluxo de solidos devido a abstragao de lodo de retorno.
A taxa de aplicagao de solidos (Fs oi), e determinada como a massa de lodo
aplicada no decantador por unidade de tempo e por unidade de area transversal, ou seja:
Fs o l = Xt( s + l ) Qa/ A (3.10)
E essencial que a taxa de aplicagao nao seja superior ao fluxo de solidos, para que nao haja acumulagao em nenhum nivel, entre a entrada do licor misto e a saida do lodo de retorno. Se essa condigao for obedecida, entao os solidos serao transportados da entrada para a saida do decantador. Entretanto, se a taxa de aplicagao de solidos for maior que o fluxo de solidos em algum nivel no decantador, entao nesse nivel nem todos os solidos passarao. Neste caso havera acumulagao de solidos no decantador, resultando eventualmente, na descarga de solidos junto com o efluente. A condigao basica para o fimcionamento do decantador pode ser formulada como:
F = Fv + F u > Fs o i para Xt< X < Xr (3.11)
el o decantador desempenha duas fungoes ao mesmo tempo:
(2) adensamento ( aumento da concentragao de lodo no licor misto Xt na
entrada para o lodo de retorno na saida).
Para que ocorra a clarificagao e necessario que Fs oi ^ (Fv + Fu)x=xt .Com auxilio
das equag5es para F v e Fu, usando-se a definigao da taxa de escoamento superficial (TS=Q/A) e rearrumando-se vem;
I n l V v o ^ k X t (3,12) Para que se tenha o adensamento o fluxo de solidos aplicado deve ser menor que
o fluxo de solidos limitante (Catunda et alii (1989.b) ) ,
Fs oi < F, = Xr vo ( k X l - l ) E X P ( - k X() (3.13)
onde;
X, = [ 1 + ( l + 4 ( k Xr) )1 2 ] Xr/ 2 (3.14)
A condigao para o adensamento pode ser escrita como;
In TVvo < [ l n ( k X , - l ) / s ] - k X( (3.15)
E importante que o decantador desempenhe as duas fung5es (clarificagao e adensamento) ao mesmo tempo. Para tanto, e necessario que as duas equagoes sejam satisfeitas simultaneamente.
C A P I T U L O 4
M A T E R I A I S E M E T O D O S
4.1 Introdugao
A finalidade do presente trabalho foi melhorar as condicoes operacionais dos decantadores do sistema de lodo ativado da C E T R E L . O sistema nao estava correspondendo aos padroes de eficiencia, impostos pelas normas ambientais: nos decantadores secundarios ocorria a perda de solidos, aumentando, consequentemente, os teores da Demanda Bioquimica de Oxigenio (DBO), Demanda Quimica de Oxigenio ( D Q O ) e dos Solidos Suspensos no efluente.
Objetivando identificar e implantar medidas que pudessem melhorar o desempenho dos decantadores e, assim, reduzir os valores de D Q O , D B O e Solidos Suspensos no efluente, fez-se a seguinte programacao:
a) verificar as condicoes de operacao dos decantadores , identificando as causas de perda de solidos;
b) propor e aplicar a otimizacao;
A Tabela 4.1 mostra os parametros que permitem verificar as condicoes de operacao dos decantadores, avaliados antes e apos a otimizacao.
Neste capitulo, faz-se inicialmente uma descricao detalhada dos decantadores da A l a Nova da CETREL, onde se desenvolveu o trabalho, seguindo-se com a descricao da metodologia empregada para avaliacao da operacao desses decantadores antes e depois da otimizacao.
Tabela 4.1 Parametros de operacao dos decantadores avaliados antes e apos a otimizacao
Parametros
Antes da
Otimizacao
Apos a
Otimizacao
Vaz5es X X T a x a de escoamento superficial X X Fator de recirculacao X X L e n c o l de l o d o X _ D i s t r i b u i c a o do tempo de permanencia X _ Posicao da v a l v u l a telescopica X Caracteristicas de sedimentabilidade X X D B O X X D Q O X X Solidos Suspensos X X Indice v o l u m e t r i c o de l o d o X X X = avaliadosMATERIAIS E METODOS 34
4.2 O Sistema de Lodo Ativado da C E T R E L - Ala
Nova.
A expansao do sistema de lodo ativado da C E T R E L - denominado de " A l a Nova" e constituida de um tanque de aeracao ( TA3), seis decantadores secundarios (DS7 a D S
-12), uma elevatoria ( E L A - 3 ) e caixas de distribuicao de vazao. A Figura 4.1 mostra um esquema das unidades que constituem a Ala Nova da C E T R E L como tambem dos fluxos dessas unidades.
4.2.1 Deserigao geral
N o sistema de lodo ativado da Ala Nova da CETREL, (Figura 4.1) o licor misto e descarregado continuamente do tanque de aeracao TA-3, mediante um vertedor retangular, sendo conduzido por gravidade para as caixas de distribuicao de vazao C D V - 7 e C D V - 8 . As caixas de distribuicao de vazao CDV-7 e CDV-8 alimentam, respectivamente, os decantadores 7, 8 e 9 e 10, l l e l 2 . Dos decantadores, o efluente clarificado escoa por gravidade para o canal do efluente final. Na saida de cada decantador existe uma calha Parshall, com garganta de 2', que permite a medicao da vazao do efluente clarificado. Os seis efluentes dos decantadores sao reunidos numa caixa e, dai, atraves de uma tubulacao de 1000 mm, sao encaminhados para o emissario submarino.
Em cada decantador, o lodo decantado e conduzido para uma caixa de passagem, denominada de caixa da valvula telescopica C V T . Da caixa da valvula telescopica o lodo segue para a elevatoria E L A - 3 , para ser recalcado para a caixa de distribuicao de vazao
CDV-9. D a caixa de distribuicao de vazao C D V - 9 , parte do lodo (lodo de retorno) vai para o tanque de aeracao TA-3 e a outra parte para os digestores.
4.2.2 Tanque de Aeragao TA-3
O tanque de aeracao T A - 3 , em concreto armado , tern as seguintes dimensoes: 5 m de profundidade, 95 m de largura , 142 m de comprimento, totalizando um volume de 67.450 m ^ . A vazao de alimentacao e, em media, de 1.600 m?/h. A agitacao e aeracao do licor misto e promovida por 20 (vinte) aeradores, cada um com capacidade de transferencia de oxigenio de 2.2 kgCVkwh, sob condicoes padrao.
4.2.3 Caixa de Distribuicao de Vazao (CDV)
Como apresentado na Figura 4 . 1 , sao tres as caixas de distribuicao de vazao do sistema de lodo ativado da Ala Nova da CETREL: CDV-7, C D V - 8 e C D V - 9 . As caixa de distribuicao de vazao C D V - 7 e CDV-8, Figura 4.2, distribuem o licor misto para os decantadores enquanto a caixa de distribuicao de vazao C D V - 9 distribui o lodo para o tanque de aeracao e para os espessadores de lodo ( l o d o de descarte).
As caixas de distribuicao de vazao C D V - 7 e CDV-8 possuem uma camara central que recebe o efluente do tanque de aeracao. Da camara central o efluente verte para tres camaras laterals que distribuem o licor misto para os decantadores (Figura 4.2). A vazao de distribuicao de lodo na C D V - 9 , e medida por tres calhas Parshall, Figura 4.3. A primeira calha Parshall mede a vazao do lodo recirculado da elevatoria E L A - 3 para TA-3 e a segunda
M A T E R I A ! S E M E T O D O S 36
mede a vazao do lodo recirculado da ELA-3 para T A - 4 (sem uso). A terceira calha Parshall mede a vazao do lodo descartado para os digestores aerobios.
4.2.4 Decantadores (DS-7/DS-12)
Sao seis os decantadores do sistema de lodo ativado da A l a Nova, todos de concreto armado com diametro de 38 m, o que da uma area superficial de HSOm^. Devido a inclinagao no fundo dos decantadores, a profundidade varia entre um minimo.de 3,8 m na periferia e 4,5 m no centre Os decantadores estao providos de uma ponte giratoria que, alem de permitir o acesso ao centro do decantador, tem dispositivos de raspagem de escuma e oleo (superficie) e lodo no fundo do decantador. Os raspadores de fundo conduzem o lodo para um poco no fundo do decantador, de onde o lodo verte para a caixa da valvula telescopica. Vertedores triangulares, em numero de 560, situados na periferia da superficie, coletam o efluente clarificado, em um canal periferico de onde e deslocado para uma calha Parshall. Cada decantador e dotado de uma caixa de valvula telescopica que tem como funcao basica o controle do encaminhamento do lodo de retorno para a elevatoria ( E L A - 3 ) . No interior da caixa da valvula telescopica, Figura 4.5, existem tres valvulas de controle de fluxo de lodo decantado: uma valvula telescopica e duas valvulas de gaveta. A valvula telescopica e a mais importante, sendo responsavel pelo controle da vazao de lodo de retorno. Uma das valvulas de gaveta so e usada quando necessario ou seja, em condicoes nao normais de operacao ou quando e necessario descartar todo o lodo ou liquido do decantador com uma certa urgencia. A outra valvula tem a funcao de controlar o fluxo de lodo da caixa da valvula telescopica para o poco de succao da elevatoria E L A - 3 .
4.2.5 Elevatoria (ELA-3)
A Figura 4.6 mostra um esquema da elevatoria E L A - 3 , constituida de 2 pocos de succao interligados e seis bombas centrifiigas, cada uma com potencia de 60 C V .
4.3 Determinagao das Vazoes nos Decantadores
A vazao de entrada do licor misto nos decantadores foi determinada por meio da medicao da lamina de agua nos vertedores das caixas de distribuicao ( C D V - 7 e C D V - 8 ) . As vazoes do efluente em cada decantador foram determinadas na calha Parshall na saida de cada um dos decantadores. As vazoes de interesse para o controle dos decantadores estao relacionadas com as vaz5es do licor misto ( Qa + Qr) , a vazao de lodo decantado ( Qr) e a
vazao do efluente clarificado ( Q e=Q a ) . As caixas de distribuicao de vazao C D V - 7 e C D V - 8
sao dotadas de vertedores retangulares de paredes delgadas sem contracoes. Nesses vertedores as vaz5es do licor misto ( Qa) , mais a de lodo de retorno ( Qr) foram calculadas
pela formula de Francis:
Q a + Q r = 1,838. L . H3 / 2,
sendo Qa+ Qr a vazao em m3/s, L comprimento do vertedor em metros e H a carga em
metros (Azevedo Neto, 1982).
A vazao do efluente clarificado ( Qe) determinada na calha Parshall com garganta 2',
MATERIAIS E METODOS 38
Qe= 2 , 2 W . H3 / 2,
sendo Qe a vazao em m3/s, W largura da garganta em metros e, H altura da lamina liquida
em metros, medida a 2/3 da garganta.
Como nao foi considerado a vazao do lodo descartado para os digestores (aproximadamente 3 % de vazao de lodo de retorno) tem-se:
Qr =(Qa + Q r ) - Q e
S = Qr/Qe ,
onde, Qr e vazao de lodo de retorno no decantador; Qa+ Qr e a vazao de licor misto (entrada
do decantador),Qe e vazao do efluente do decantador que e igual a Qa, segundo a
consideracao acima e "s" e o fator de recirculacao.
O unico local onde se tinha condicoes de medir diretamente a vazao total de lodo de retorno era na CDV-9. N o entanto, essa medicao nao foi possivel porque o bombeamento na elevatoria-3 (ELA-3) para CDV-9 nao era constante (a ELA-3 as vezes funcionava com
1, ou 2 ou ainda 3 bombas, dependendo apenas do nivel da lamina liquida do poco de sucgao). Por esta razao, a unica possibilidade de se estimar a vazao do lodo de retorno (Qr )
era pela diferenca entre ( Qa+ Qr )e Qe
4.4 Distribuigao do Tempo de Permanencia
Para determinar a distribuigao do tempo de permanencia do liquido de um dos decantadores (DS-11) da A l a Nova do sistema de lodo ativado da C E T R E L , utilizou-se o
tragador Rodamina-B. Tendo-se estabelecido anteriormente que e possivel detectar em analise espectrofotometrica eoncentragoes de ate 0,1 mg/L, preparou-se uma solucao concentrada de 2,5 k g de Rodamina em 200 litros de afluente (licor misto). A solucao foi adicionada de uma so vez na camara de alimentacao do decantador D S - 1 1 , localizada na CDV-7. N o caso de um regime completamente misturado do decantador, a concentragao esperada de Rodamina no decantador seria de 2,5 k g / 4500 m3 = 0,55 mg/L. Apos a
adigao, amostras do efluente do decantador foram coletadas na calha Parshall, durante catorze horas em diferentes intervalos de tempo.
As amostras coletadas foram encaminhadas ao Laboratorio de Fisico-Quimica da CETREL, para analise espectrofotometrica. As leituras de absorbancia foram efetuadas no espectrofotometro com u m comprimento de onda de 555 nm e os respectivos valores das concentragSes foram determinados com auxilio da curva de calibragao. Determinou-se em fungao do tempo, as eoncentragoes da Rodamina-B, pelo metodo de integragao por peso, conforme o seguinte procedimento;
a) - plotou-se os dados num diagrama e determinou-se graficamente a area da concentragao de Rodamina-B em fungao do tempo. Esta expressao grafica representa toda massa de tragador adicionada;
b) - dividiu-se a area do diagrama em duas partes iguais. Para dividir a area em duas partes iguais, fez -se necessario recortar o grafico em pequenas partes e, por tentativa, pesar em uma balanga analitica ate achar pesos identicos;
MATERIA! S E METODOS 40
c)- no ponto do eixo das coordenadas de X , onde ocorreu a divisao da area, obteve-se o ponto que indica o tempo de permanencia medio.
4.5 Determinagao da Posigao da Valvula
Telescopica para Controle do Fluxo de Lodo
Decantado
As caixas de distribuigao de vazao CDV-7 e CDV-8 fazem com que a vazao de licor misto aplicada seja igual nos seis decantadores. Para manter uma uniformidade operacional e necessario que, tambem, a vazao de lodo de retorno em todos os decantadores seja igual. Entretanto, como a posigao das valvulas telescopicas varia de um decantador para o outro, as condigoes operacionais sao muito diferentes. Este trabalho teve como ponto principal a determinagao da vazao de lodo de retorno decantado para valores conhecidos da vazao afluente (licor misto) e das posigoes da valvula telescopica. Para isto adotou-se o seguinte procedimento:
a) determinagao do ponto de referenda zero. Com a valvula telescopica fechada e
a alimentagao do decantador interrompida, esperou-se que se estabelecesse um nivel constante no decantador (nao mais vertia efluente clarificado nos vertedores triangulares). Abriu-se lentamente a valvula telescopica (baixando-se o embolo) ate o momento que o lodo decantado comegasse a verter. Essa posigao da valvula passou a indicar o nivel "zero";
b) determinagao das vazoes em fungao da posigao da valvula telescopica. Para o
normalmente, calculou-se a vazao de lodo decantado, para os niveis de 5, 10 e 15 cm de abertura da valvula, pela diferenga entre a vazao afluente (licor misto), medida na caixa de distribuigao de vazao C D V - 7 e efluente (efluente clarificado) medida na calha Parshall;
c) determinagao da perda de carga. Determinou-se a perda de carga no sistema de
descarga de lodo decantado para vazoes afluentes conhecidas e com diferentes alturas da valvula telescopica. A perda de carga foi determinada pela seguinte expressao (ver Figura 4.8):
Ah = h i + h2 - h3
onde, Ah e a perda de carga (cm), hi e distancia entre o nivel da base dos vertedores triangulares e o vertedor circular (5, 10 e 15 cm), h.2 e lamina de agua nos vertedores triangulares e h3 e lamina do lodo decantado no vertedor circular.
Para se determinar h2 usou-se a expressao qe = 1.4 h5/2 onde qe = ( Qe /560) e a
vazao efluente de cada vertedor em m-Vs e Qe a vazao do efluente clarificado, h a altura da
lamina em metros. Como o decantador tem 560 vertedores triangulares foi necessario dividir a vazao efluente por 560 para se obter a vazao em cada vertedor triangular e ,com isso, a altura da lamina de agua nos vertedores ( h2) .
Na determinagao de h3 ,usou-se a formula que da a vazao de lodo de retorno Qr =
125 D2 H1'2 onde Qr e a vazao do lodo decantado, que e dada em m /s, H e a lamina dada
em metros, D e o diametro em m . Foi necessario conhecer a vazao do lodo de retorno decantado Qr, a qual era obtida pela diferenga da vazao afluente(Qa + Qr, licor misto) e a
MATERIAIS E METODOS 42
vazao efluente (Qe, efluente clarificado). 0 diametro da tubulacao que conduz o lodo de
retorno decantado e de 600 mm.
4.6 Determinagao da Posigao do Lengoi de Lodo
Esta etapa teve como objetivo a identificagao da posigao do lengoi de lodo no decantador para diferentes valores da vazao de lodo de retorno decantado. O experimento foi realizado no decantador secundario de numero onze (DS-11), onde se coletavam amostras para analises de solidos suspensos para diferentes valores da vazao do lodo de retorno , a qual era controlada pela posigao da valvula telescopica (5 e 10 cm). Para isso, adotou-se o seguinte procedimento:
a ) selecionou-se, no total, 40 pontos de coleta. Esses pontos distantes um dos outros, no sentido horizontal, de 3 m a partir da parede do decantador e, no sentido vertical, de 1m a partir da superficie do liquido. Desse modo, formaram-se 8 colunas com 5 pontos de amostragem. O ultimo ponto da coluna ficava na parte do fundo do decantador. Com a valvula telescopica colocada na posigao 10 cm e apos um periodo de 3 horas, iniciou-se as coletas. Repetiu-se o ensaio para as posigoes 5 e 3 cm da valvula telescopica. As amostras coletadas foram levadas ao laboratorio de fisico-quimica da C E T R E L para analise de solidos suspensos.
4.7 Unidade Experimental para Determinagao da
Velocidade de Sedimentagao em Zona (VSZ)
Para os testes de determinacao da velocidade de sedimentagao em zona, foi projetada uma unidade experimental especialmente para este fim, a qual esta representada na Figura 4.7. O aparelho era composto de 05 (cinco) cilindros verticals de acrilico transparente, com diametro interno de 50 mm e altura de l m . Fixados em u m suporte de madeira, cada cilindro tinha capacidade para 02 litros. Fitas metalicas colocadas ao longo dos tubos permitiam a leitura da posigao da interface liquido-solido durante os testes. Os cinco tubos possibilitavam a determinagao simultanea da V S Z para cinco eoncentragoes diferentes de uma mesma amostra.
Na base de cada cilindro havia uma saida conectada a um recipiente de 02 litros atraves de mangueiras flexiveis. O recipiente podia ser posicionado de 02 maneiras em relagao ao cilindro: acima do topo do equipamento, quando havia o escoamento de todo o lodo para dentro do cilindro e abaixo de seu nivel inferior, quando todo lodo do cilindro se acumulava no recipiente.
Para determinar a sedimentabilidade do lodo do tanque de aeragao T A - 3 , seguiu-se o seguinte procedimento:
a) tomava-se amostra do lodo decantado na elevatoria E L A - 3 ;
b) deixava-se o lodo em repouso durante 30 minutos, para se obter lodo mais concentrado;
MATERIAIS E METODOS 44
c) com o lodo decantado (mais concentrado), fazia-se 05 (cinco) diluigoes. Estas diluigoes eram feitas em uma proveta graduada de 2 litros. N a primeira diluicao colocava-se 200 ml de lodo concentrado e completava-se o volume para 2000 ml com o sobrenadante do lodo decantado, repetia-se este procedimento para volumes de lodo de 400, 600, 800 e 1000 mL;
d) antes do inicio do teste, tomava-se amostras de (50 m L ) de cada diluicao para determinar solidos suspensos;
e) elevava-se as amostras no equipamento do teste, deixando-as escoar para os cilindros;
f) durante a decantacao, anotava-se a altura da interface liquida-solido de cada cilindro, a intervalos de tempo regulares, durante 30 minutos.
4.8 Procedimento Analitico
4.8.1 Determinagao do fndice Volumetrico de Lodo, IVL.
O Indice Volumetrico de Lodo, I V L , e um teste de rotina da C E T R E L . Ele e feito diariamente com o licor misto coletado no tanque de aeracao. O I V L e determinado segundo a tecnica padronizada pelo Standard Methods for the Examination o f Water and Wastewater (1991).
4.8.2 Outras Determinagoes
As analises de solidos suspensos, Demanda Bioquimica de Oxigenio e Demanda Quimica de Oxigenio seguiram os procedimentos descritos pelo Standard Methods for the Examination o f Water and Wastewater(1991).
4.8.3 Determinagao da Rodamina-B
As analises de Rodamina-B foram realizadas com um espectrofotometro ultravioleta-visivel, modelo micronal B-280, utilizando-se um comprimento de onde de 550 nm.
MATERIAISE METODOS 46
P*sW
at
Efluentai Clartficado Efluente Clarificado
1
/ W Lodo de retorno
V ^
v 1 — < > < > —OMotrt*
Licor Misto
Figura 4.1 - Esquema do sistema de lodo ativado da Ala Nova da C E T R E L , onde se ve o tanque de aeracao ( T A - 3 ) e os decantadores (DS-7 a DS-12) e os fluxos de licor misto, lodo, efluente clarificado.
Corte
Figura 4.2 - Detalhe das caixas de distribuicao de vazao do licor misto C D V - 7 e C D V - 8 , vendo-se, na parte superior, a caixa de distribuicao de vazao em planta e, na parte inferior, em corte.
MATERIAJS E METODOS 48 DNSOOmm VAIPARATA-4 (RECIRCUUDO)
•
[
2 0 -~ | I CPB-1 DNSOOmm VAI PARA TA-3 (RECIRCUUDO) ma/ 1 ° " 1 T CPR-V DN1000 mm VEMDAEl.A-3 COMPORTA / 0 0,50m OTMEQBJAS-0,80 m CPR-1* I " I DN500mm VAI PARA CDV-10 E ELC-2 (DESCARTE)Planta
35,80 34,01 35,30 34,30 VAR.r
32,00 32,00 31,25Corte
Figura 4.3 -Detalhe em planta (parte superior) e corte (parte inferior) da caixa de distribuicao de vazao de lodo de retorno C D V - 9 , vendo-se ainda as tres calhas Parshall.
SUPORTEARTICULADO VERTEPOURO PERIFERICO
2L.A A ./K^K~K
SAiDA DO EFLUENTE TRATADO DN400mm Saida de lodo para a caixa da V i l v u k TelescopicaA A A
AUMENTAQAOCOM EFLUENTE VEM DO TANQUE DE AERACAO ON 600 mmCorte
MATERIAIS E METODOS 50 DN150 mm ENTRADA DE ESCUMA_ 28,70 VALVULA GAVETA VALVULA TELESCOPICA 29.92 24.23 SAIDA PARA A ELA-3 ON $00 mm (COMPORTA) VEMDO DECANTADOR DN 600 mm
Corte
SAIDA PARA ELA-3 DN 600 mm
(LODO E ESCUMA) VEM DO DECANTADOR DN150mm (ESCUMA) COMPORTA REDUCAO DN 600 x 500 mm ^ VEM DO DECANTADOR DN600mm (LODO) VALVULA "GAVETA DN 500 mm
Planta
Figura 4.5 -Detalhes da Caixa da Valvula Telescopica, vendo-se na parte superior em corte e na parte inferior em planta.
MATERIAIS E METODOS 52
uuuuu
n r Suporte de Madeira Vista de cimaJ Z L
• t — * 800 cm•
Detalhe da fixacao do tubo Parafuso de fixacao Bragadeira de metal >< • ou olastico Mangueira H flexivel 1500 cm 400 cm
Vista frontal Perfil
Figura 4.7 - Esquema de uma unidade experimental para a determinagao da velocidade de sedimentagao em zona.
Apresentagao e Discussao dos Resultados
5.1 Introdugao
Apesar de se ter realizado investimentos vultosos nos ultimos anos no sistema de tratamento, a C E T R E L produz um efluente que ocasionalmente esta fora dos padroes de qualidade estabelecidos pelo resolugao do C E P R A M . E m particular, a concentragao de solidos em suspensao freqiientemente esta mais alta que o valor desejado de 40 mg/L. Em geral, os decantadores da Ala Nova produzem u m efluente com maior teor de SST do que os da A l a Velha. Por esta razao, a CETREL resolveu realizar uma investigacao visando a mimmizacao da concentragao de solidos suspensos no efluente final, atraves da otimizagao da operagao dos decantadores.
O primeiro aspecto pesquisado esta relacionado com as vazoes de entrada do licor misto e de saida do efluente clarificado. Na secgao 5.2 mostra-se que, embora a vazao de licor misto aplicada nos decantadores fosse uniforme, inicialmente havia grandes diferengas nas vazSes do efluente e do lodo de retorno. Tomou-se entao as medidas necessarias para uniformizar essas vaz5es. Tendo-se a certeza que todos os decantadores tinham basicamente a mesma vazao, prosseguiu-se com a segunda fase da investigagao: a analise da capacidade de separagao das fases solido-liquido em cada decantador.
